CALDEIRAS
TM-364 – MÁQUNAS TÉRMICAS I Prof. Strobel, Dr. Eng.
DEFINIÇÃO
NR-13: “Caldeiras a vapor são equipamentos
destinados a produzir e acumular vapor sob
pressão superior à atmosférica, utilizando
qualquer fonte de energia, excetuando-se os
refervedores e equipamentos similares
utilizados em unidades de processo. “
Tipo de Caldeiras
Flamotubular: Os produtos de combustão circulam pelo interior dos tubos, que ficam
imersos na água a ser vaporizada.
Aquatubulares: A água a ser vaporizada circula pelos tubos, e os produtos de combustão pelo
Caldeiras Flamotubulares
Baixo rendimento térmico;
Maior espaço ocupado;
Ideal para pequenas
instalações;
Caldeiras Flamotubulares
Verticais:Os tubos são colocados verticalmente num corpo
cilíndrico fechado nas extremidades por placas,
chamadas espelhos ;
A fornalha interna fica no corpo cilíndrico logo abaixo do espelho
inferior.
Os gases de combustão sobem através dos tubos, aquecendo e vaporizando a água que está em
Caldeiras Flamotubulares
Verticais: As fornalhas
externas são utilizadas principalmente no
aproveitamento da queima de combustíveis de baixo poder
calorífico, tais como: serragem, palha, casca de café e de amendoim e óleo
Caldeiras Flamotubulares
Horizontais: Abrangem vários modelos, desde as
caldeiras Cornuália e Lancaster, de grande volume de água, até as modernas unidades compactas.
Caldeiras Flamotubulares
Horizontais: As principais caldeiras horizontais apresentam tubulões internos nos quais ocorre a combustão e através dos quais passam os gases quentes. Podem ter de 1 a 4 tubulões por fornalha.
Tipos: Cornuália; Lancaster;
Caldeiras Flamotubulares
Cornuália: é constituída de um tubulão horizontal ligando a fornalha ao local de saída de gases;
Funcionamento simples; Rendimento Baixo;
Caldeiras Flamotubulares
Lancaster: A caldeira Lancaster é de construção idêntica à
anterior, porém tecnicamente mais evoluída;
É constituída de dois a quatro tubulões internos;
Caldeiras Flamotubulares
Multitubular: a queima de combustível é efetuada em uma fornalha externa;
Os gases quentes passam pelos tubos de fogo; Queima de qualquer tipo de
Caldeiras Flamotubulares
Locomóvel: apresenta uma dupla parede em chapa na fornalha, pela qual a água circula;
Fácil transferência de Local; Utilizada em Serrarias e em Campos de Petróleo.
Caldeiras Flamotubulares
Escocesa: o modelo de caldeira
industrial mais difundido no mundo; É destinada à queima de óleo ou gás; Criada basicamente para uso
CALDEIRA AQUATUBULAR
Maior Rendimento;
Maior produção de Vapor;
TUBULÃO DE ÁGUA INFERIOR
É o elemento de ligação dos tubos para
possibilitar a circulação de água na caldeira, tem por função de acumular lama formada pela
reação dos produtos químicos com a água da caldeira.
A água que sai deste elemento é encaminhada para tratamento.
• Tubulão de água inferior
Tubulão de água superior
É um corpo cilíndrico contendo em seu interior água e vapor formado pela troca térmica entre os gases da combustão e a água em circulação na caldeira. Sua
principal função é separar a água do vapor (ambos saturados).
Estes tubos contém conexões para visores de nível, válvulas de segurança, instrumentos de indicação e controle, além de tubos de ligação com superaquecedor
Tubos de alimentação de água
São distribuídos no tubulão superior através de furos dispostos em toda a extensão
do tubulão.
Este tubos são geralmente posicionados 45º para baixo e
direcionados na parte traseira do costado do tubulação.
Tubos de purga contínua
Localiza-se abaixo do nível de água aproximadamente, com furos em
toda a extensão.
É deste tubo que se faz coleta de água para análise de sólidos, fosfatos, dispersantes, pH, sulfito,
alcalinidade, sílica,a qual é feito o controle químico da água da
Defletor
É constituído de chapas, colocados no costado
frontal do tubulão de vapor, formando uma câmara para receber o
vapor dos tubos geradores.
Separadores de vapor
Consiste em chicanas e filtros que destinam-se a
reter água do vapor, de maneira que esse entre “seco” no superaquecedor.
Tubos de circulação
São tubos traseiros do feixe tubular que conduzem a água
do tubulão de vapor para o tubulão de água, chamadas de
Tubos geradores
São tubos dianteiros do feixe tubular ascendentes e descendentes, que
conduzem a mistura água e vapor saturado para o tubulão de vapor. Estes tubos são que recebem maior
quantidade de calor da fornalha e a caldeira propriamente dita.
Parede d’água – Tubulação da Caldeira
O resfriamento da fornalha é feito através do fluxo de água que circula pelos tubos que formam
as paredes. A água do tubulão superior desce para o tubulão
inferior, sendo os resíduos sólidos da evaporação
conduzidos por gravidade para o tubulão inferior e qualquer vapor
gerado sobe para o tubulão superior.
Parede d’água – Tubulação da Caldeira
A parede d’água pode ser frontal, traseiro ou lateral. Quanto à construção, podem ser:
Aletados ou membranados; Tangentes;
Superaquecedor
É destinado a aumentar a temperatura do vapor saturado, tornando este mais
seco sem aumentar sua pressão. É constituído de tubos lisos/aletados resistentes a altas temperaturas, que
aproveitam os gases de combustão para dar o devido aquecimento ao vapor saturado, transformando-o em
vapor superaquecido.
Radiação proveniente do calor emitido pela fornalha
Economizador
O economizador tem a finalidade de aquecer a água de alimentação da caldeira.
Normalmente está localizado na parte alta da caldeira entre o tambor de vapor e os tubos geradores de vapor, e os gases são obrigados a circular através dele,
Economizador
Existem vários tipos de economizadores e na sua
construção podem ser empregados tubos de aço maleável ou tubos
de aço fundido com aletas.
Pré-aquecedor de ar
O pré-aquecedor de ar é um equipamento (trocador de calor) que eleva a temperatura do
ar antes que este entre na fornalha. O calor é cedido pelos gases residuais quentes ou pelo
Pré-aquecedor de ar
A instalação desses equipamentos oferece a vantagem de melhorar a eficiência da caldeira pelo aumento da temperatura de
equilíbrio na câmara de combustão.
Alimentação de bagaço
Queimadores
Os queimadores são peças destinadas a promover, de forma adequada e eficiente, a queima dos
Equipamentos auxiliares
• Sopradores de Fuligem (ramonadores)
Os sopradores de fuligem permitem uma distribuição rotativa de um jato de vapor no interior da caldeira e tem por finalidade, fazer a remoção da fuligem e depósitos formados na superfície externa da
Equipamentos auxiliares
• Válvulas de segurança
As válvulas de segurança e de alívio de pressão são dispositivos que protegem automaticamente os
equipamentos de processo de um eventual excesso de pressão. Caldeiras e vasos de pressão
obrigatoriamente necessitam desses dispositivos de segurança para sua proteção, em cumprimento à
legislação através de normas como a NR-13 , e
atendendo aos códigos nacionais e internacionais de projeto.
Equipamentos auxiliares
• Indicadores de nível
Os indicadores de nível tem por objetivo indicar o nível de água
dentro do tubulão de evaporação. Em geral, são
constituídos por um vidro tubular.
Equipamentos auxiliares
• Sistemas de controle de água de alimentação
Os sistemas de controle de água de alimentação devem regular o abastecimento de água ao tubulão de
evaporação para manter o nível entre limites desejáveis. Esse limites devem ser observados no indicador de nível. A quase totalidade das caldeiras são equipadas com
sistemas automatizados, que proporcionam maior
segurança, maiores rendimentos e menores gastos de manutenção.
Equipamentos auxiliares
• Sensores de temperatura
Os sensores fazem a medição da temperatura dos fluidos. São mais utilizados os PT-100. Medem a
temperatura dos gases de
combustão, do ar de entrada, da
água de entrada, do vapor gerado e do combustível.
Tratamento de água para caldeiras
A água para caldeiras deve receber tratamento que permita: remoção total ou parcial de sais de cálcio e magnésio, os quais produzem incrustações. O processo,
designado por abrandamento da água pela cal soldada, consiste na injeção de soluções de CaO (cal) e NaCO3 (carbonato de sódio) para precipitar o carbonato de cálcio
e formar hidróxido de magnésio floculado, de modo a serem removidos antes de a água ser bombeada para a
caldeira. As principais grandezas de qualidade da água são: Dureza total e PH.
Tratamento de água para caldeiras
• Eliminação da dureza
• Precipitação com fosfatos • Tratamento com quelatos
• Controle do pH e da alcalinidade • Eliminação do oxigênio dissolvido
Tratamento de água para caldeiras
• Clarificação: O processo consiste na previa floculação, decantação e filtração da água com
vistas a reduzir a presença de sólidos em suspensão.
• Abrandamento: Consiste na remoção total ou parcial dos sais de cálcio e magnésio presentes na
Tratamento de água para caldeiras
• Desmineralização ou troca iônica • Desgazeificação
São empregados equipamentos especiais que aquecem a água e desta forma, são eliminados
os gases dissolvidos. Pode ser utilizado vapor direto para o aquecimento da água a ser
Tratamento de água para caldeiras
• Remoção de sílica
Como já foi abordado, a sílica produz uma incrustação muito dura e muito perigosa. Os tratamentos
normalmente empregados no interior da caldeira não eliminam a sílica. Os métodos mais usados para
essa finalidade são a troca e tratamento com óxido de magnésio calcinado.
Tratamento de água para caldeiras
• Métodos internos
Os tratamentos internos se baseiam na eliminação da dureza, ao controle do pH e da sua alcalinidade, na eliminação do oxigênio dissolvido e no controle dos
Manutenção das Caldeiras
Todo tratamento para obter bons resultados depende de um controle eficiente e sistemático, quer dos
parâmetros químicos e físicos, como de certas operações e procedimentos.
• Controle químico
• Limpeza química das caldeiras
Oxidação
Um dos principais responsáveis pela deterioração das caldeiras é a corrosão, que age como fator de redução
da espessura das superfícies submetidas à pressão. A corrosão não é sentida pelos instrumentos de
operação da caldeira, ou seja, os pressostatos e as válvulas de segurança não detectam sua evolução por
Oxidação
Corrosão interna
• Oxidação generalizada do ferro • Corrosão galvânica
• Corrosão por aeração diferencial • Corrosão salina
• Fragilidade cáustica
Oxidação
Corrosão externa
Esse tipo de corrosão acontece nas superfícies expostas aos gases de combustão e é função do
combustível utilizado e das temperaturas. Nas caldeiras aquatubulares, as superfícies de aquecimento mais quente são aquelas do
superaquecedor, podendo ocorrer corrosão tanto nas caldeiras que queimam o oleio como carvão.
NORMAS REGULAMENTADORAS
• NR 4 - Serviços especializados em engenharia de segurança e em medicina do trabalho (SESMT).
• NR 5 - Comissão Interna de Prevenção de Acidentes
• NR 6 - Equipamento de Proteção Individual – EPI
• NR 10 - Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade
• NR 13 - Caldeiras e Vasos de Pressão
• NR-15 - Atividades e Operações Insalubres • NR 17 - Ergonomia
• NR 23 - Proteção Contra Incêndios • NR 26 - Sinalização de Segurança
